報告書番号

N12003

タイトル（和文）

降下火山灰影響評価のための噴煙柱の数値流体解析（その1）－噴煙形状に及ぼす乱流モデルの影響評価－

タイトル（英文）

A computational fluid dynamics simulation of an eruption column for evaluation of volcanic ash-fall (Part 1) - Effects of turbulence models on eruption cloud shape -

概要 （図表や脚注は「報告書全文」に掲載しております）

多流体近似に基づく噴煙柱のラージエディシミュレーション（LES）コードを新たに開発した．サブグリッドスケール（SGS）モデルとして，SGS抗力の影響を考慮しないSmagorinskyモデルまたはこの影響を考慮したYuuモデルを気体相に適用し，粒子の緩和時間と渦の持続時間との関係を考慮したHinzeの提案式を粒子相に採用した．初めに，単純体系（単相浮力プルーム，固気混相噴流）における既往の実験データとの比較により，本コードの妥当性を確認した．解析結果は実験データと良く一致し，SGSモデルの影響は小規模な単純実験体系において小さいことを確認した．次に，噴煙柱に対する定常一次元モデルの結果と本解析結果を比較した．本解析は，噴出速度に応じた噴煙形状の変化に対して，一次元モデルと良く一致した．また，噴煙形状はSGSモデルの選択によって明確に変化したことから，実規模の噴煙柱解析においてSGSモデルは結果に大きく影響することが示唆された．

概要 （英文）

The large-eddy simulation (LES) code of an eruption column based on a multi-fluid approximation is newly developed. As the sub-grid scale (SGS) models for the gas phase, one can select either the Smagorinsky model which is often used for single-phase flow or the Yuu model which considers the effect of the SGS drag. For the particle phases, we adopted the equation proposed by Hinze where the relation between the relaxation time of particles and the temporal duration of vortex is considered. First, the validity of this simulation code is demonstrated by the comparison to the existing experimental data in the simple systems (a single-phase buoyant plume, and a gas-particle two-phase jet). The simulation results correspond well with experimental data, and the effects of the SGS model are small in the small-scale laboratory experiment system. Second, the simulation results are compared to the result of the steady one-dimensional model for an eruption column. This simulation corresponds well with the one-dimensional model in the variation of an eruption cloud shape depending on the velocity at the vent. Moreover, it is suggested that the SGS model considerably affects the simulation results in the real-scale eruption column simulation, since the eruption cloud shape definitely varies by the selection of the SGS models.

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